Para comprender a la termodinámica debemos comprender sus leyes, y en esta ocasión hablamos de la primera ley de la termodinámica , que nos explica que  el calor suministrado a un sistema es igual a la suma del incremento en la energía interna de éste y el trabajo realizado por el sistema sobre sus alrededores , esto significa que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Vamos a encontrar matemáticamente a la primera ley de la termodinámica, de la siguiente forma:

Primera Ley de la Termodinámica

Donde:

ΔQ = Calor suministrado al sistema (cal, Joules)

ΔU = Incremento en la energía del sistema (cal, Joules)

ΔW = Trabajo realizado por el sistema (cal, Joules)

💡 Diversos Procesos Termodinámicos

El signo ΔQ es positivo cuando al sistema se le suministra calor y es negativo si el sistema cede calor; el signo ΔW es positivo cuando el sistema realiza trabajo y negativo cuando el trabajo se realiza sobre él. Si el sistema incrementa su temperatura, el signo ΔU es positivo, y si disminuye su temperatura es negativo.

1️⃣ Un proceso térmico es adiabático si el sistema no recibe ni cede calor.

ΔQ = 0 → ΔW = -ΔU

2️⃣ Un proceso térmico es isocórico cuando el volumen del sistema permanece constante y no se realiza trabajo alguno.

ΔV = Constante → ΔW = 0 → ΔQ = ΔU

3️⃣ Un proceso térmico es isobárico cuando la presión del sistema permanece constante.

4️⃣ Un proceso térmico es isotérmico cuando la temperatura del sistema permanece constante.

ΔT = Constante → ΔU = 0 → ΔQ = ΔW

📃 Ejercicios Resueltos de la Primera Ley de la Termodinámica

 Ejemplo 1.- ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 900 calorías de calor y se le aplica un trabajo de 550 joules?

Solución:

Procedemos a colocar nuestros datos:

ΔQ = 900 cal

ΔW = -550 J (por que se le está aplicando trabajo)

ΔU = ?

Antes de colocar la fórmula correspondiente, debemos observar que el calor suministrado es de 900 cal, y debemos expresarla en Joules, entonces aplicamos el siguiente factor de conversión.

\displaystyle 900cal\left( \frac{4.2J}{1cal} \right)=3780J

Entonces, de la fórmula:

\displaystyle \Delta Q=\Delta U+\Delta W

Despejando a ΔU

\displaystyle \Delta U=\Delta Q-\Delta W

Sustituyendo datos en la fórmula:

\displaystyle \Delta U=\Delta Q-\Delta W=3780J-(-550J)=3780J+550J=4330J

Resultado:

Por lo que obtenemos un valor de 4330 J

 Ejemplo 2.- Un sistema realiza un trabajo de 2500 cal para incrementar su energía interna en 4000 cal. ¿cuánto calor en Joules se le suministraron?

Solución:

Al igual que en nuestro ejemplo anterior, procedemos a anotar nuestros datos:

ΔW = 2500 cal

ΔU = 4000 cal

ΔQ = ?

De nuestra fórmula:

\displaystyle \Delta Q=\Delta U+\Delta W

Simplemente sustituimos nuestros datos:

\displaystyle \Delta Q=\Delta U+\Delta W=2500cal+4000cal=6500cal

Pero debemos expresarlo en Joules, no en calorías, entonces:

\displaystyle \Delta Q=6500cal\left( \frac{4.2J}{1cal} \right)=27300J

Resultado:

Por lo que obtenemos un calor suministrado de 27300 Joules

Ejercicios para practicar la primera ley de la Termodinámica

 Problema 3.- ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 800 calorias de calor y se le aplica un trabajo de 500 Joules?

👉 Ver Solución